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機器人步進/有刷電機驅動中的續流保護電路優化

文章出處:平尚科技 責任編輯:平尚科技 發表時間:2025-07-17
  

機器人步進/有刷電機驅動中的續流保護電路優化

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當工業機械臂緊急制動時,電機繞組產生的反向電動勢可達工作電壓的3倍——高效的續流保護電路正成為機器人驅動系統的隱形安全閥。


在機器人高動態運動控制領域,微秒級續流通路千伏級電壓鉗位能力直接決定了電機驅動器的可靠性。平尚科技憑借在磁性元件領域的深厚積累,其貼片電感肖特基二極管協同解決方案,為國產機器人電機系統構筑了堅不可摧的能量泄放通道。




反峰電壓的致命威脅


六軸工業機器人關節電機在急停瞬間,繞組可能產生120V的反向電動勢(24V系統)。某汽車生產線曾因續流二極管失效,導致MOSFET管擊穿,造成整條產線停工8小時。


電壓尖峰的破壞力遠超預期:服務機器人輪轂電機反壓可能燒毀主控芯片,手術機械臂定位失準可能危及手術安全。平尚科技CDRH系列貼片電感采用鐵硅鋁磁芯,飽和電流達20A,其磁屏蔽結構將磁場泄漏降低40dB,避免干擾敏感的編碼器信號。




平尚科技的協同防護方案


在電機驅動電路中,貼片電感與肖特基二極管形成能量管理閉環:電感存儲關斷能量,二極管構建泄放通路。平尚22μH功率電感(CDRH125)配合SS34肖特基二極管,可在100ns內將80V反峰電壓鉗位至35V以下。


高頻特性突破響應極限。平尚采用納米晶磁芯的電感(3.3μH)將飽和電流密度提升300%,配合二極管0.3V的超低正向壓降,使續流效率達98%。獨創的三維繞線結構將電感DCR降至8mΩ,減少能量耗散。


針對多關節協同制動,平尚開發了分布式續流架構。每個關節驅動器獨立配置續流模塊(含功率電感+雙二極管),通過能量回收總線將60%制動能量反饋至直流母線,比傳統方案節能35%。





系統級設計黃金法則

設計續流保護電路需把握三大維度:響應速度、能量容量、熱管理:


  • 電感選型:按公式L≥(Vspike×tfall)/Ipeak計算感值(80V/2A需≥40μH)

  • 二極管配置:反向耐壓取反峰電壓2倍(24V系統選60V)

  • 熱設計:電感與二極管間距≥2mm,銅箔面積≥10mm2/W


在空間緊湊的關節模塊,平尚推出集成化續流模塊(7×7×3mm)。內部集成功率電感和雙肖特基管,通過銅基板散熱,支持20A峰值電流,比分離方案節省65%空間,特別適合協作機器人關節應用。


選型核心參數:電感關注飽和電流(>2倍工作電流)、DCR(<50mΩ);二極管優選低VF(<0.5V)、高IFSM(>100A);布局時續流回路面積<20mm2降低EMI。



機器人場景深度應用


在工業機械臂領域,平尚方案助力某焊接機器人通過ISO 13849 PL e認證。每個關節采用CDRH74電感(47μH/15A)配合SS56二極管,在0.5ms內將120V反壓降至28V。系統累計避免317次功率管擊穿事故。


服務機器人實現突破。某送餐機器人輪轂電機采用平尚微型電感陣列(0603封裝/10μH),配合SOD-523二極管。通過優化布局,將制動能量回收效率提升至42%,使電池續航延長15%。


特種機器人驗證極端可靠性。防爆巡檢機器人在油氣環境使用平尚環氧灌封電感(IP68)配合玻璃鈍化二極管。經歷1000次急停測試后,續流回路參數漂移<1%,為危險環境作業提供保障。




能量轉換是機器人運動的永恒命題。從工廠中精準定位的機械臂到餐廳里靈活穿梭的服務機器人,從危險區域作業的防爆裝備到太空探索的移動平臺,平尚科技貼片電感肖特基二極管協同方案,始終在電流的激變瞬間守護著驅動系統的安全邊界。

當國產機器人向高可靠性邁進時,平尚科技的續流保護技術正在為智能運動系統打造無懈可擊的能量管理系統。在每一次電機的啟停間,每一焦耳能量的轉換中,都是對安全與效率的極致平衡。

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